HF,系列高频高压发生器高级维修手册（全文完整）

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　 HF 系列高频高压发生器高级维修手册

　1

　 功能和说明 1.1 电源柜

　T IGBT 电源模块

　低速旋阳控制器 (LF- - RAC) 滤波电容 C1-C4 升压变压器 T3 输入整流器 CR1-CR3 电源滤波器 LF2 串联电容 C9 移相电容器 C5.1-C5.2 串联交流电感 L1 固态继电器 K1 直流输入电感 L2 LF-RAC 控制器

　智能电源逆变器(IPM)

　高速旋阳控制器 (DRAC) 充放电监视印刷电路板

　辅助(启动)变压器

　IPM 驱动器

　主工作变压器

　前面板 组件 DRAC 控刷电路板

　HT 控制器电路板

　交换闸 KT1 接口电路板

　直流刹车控制器

　K3 灯丝驱动电路板

　风扇电压选择器

　K1 电源滤波器

　LF3 整流板组件 桥式整流器

　BR1 开机继电器

　K3 电源供给

　桥式整流器

　BR1-BR2 后面板组件 保险

　F2,F6-F8 输入变压器

　K2 滤波电容

　C6-C7

　充电接触器

　K6 输入电缆板组件 预充电电阻

　R1 电源电缆接线排

　 TS2 输入保险

　F12-F13 旋阳接线排

　 TS2 锁电路板

　输入保险

　 F3-F5 CAR-T LF1 整机保险 F14-16

　 电源接触器 K5 1.2

　特点 1.2.1

　HV 信号特点 ·

　X 线发生时 KV 和 MA 都能调整，有极好的重复性。

　·

　在大部分工作范围内纹波都极低，有如直流发生器。

　·

　最短曝光时间:1MS。

　1.2.2

　X 线球管

　 ·

　发生器支持两管位球管，还可选三管位球管。

　 ·

　这些球管必须在维修手册列出的球管中选择。

　 ·

　旋阳转速可以是 3000 或 10000 转/分。

　2 操作原理 2.1

　通用操作 电源输入板给整个 X 线室和发生器供电。

　电源模块把交流电整流滤波成直流电，提供给 IGBT 逆变器和DRAC(300-750V) 。

　逆变器工作在 25KHz 的固定频率上。输出一个交流电压给高压油箱。

　高压油箱通过整流和滤波把这个交流电压变成直流高压(可达 150KV) 供给 X 射球管。

　背板上的变压器 T2 给整个发生器提供电压(DC 或 AC) 。

　前面板控制着发生器: ·

　高压逆变的控制和稳定 ·

　灯丝加热电流 ·

　MA 的稳定和控制 ·

　球管和灯丝的切换 灯丝控制器给球管提供灯丝加热电流(大焦点和小焦点点片) 。

　LF-RAC(低速)或 DRAC(高速)用于旋阳的启动和刹车 接口板用来切换球管和灯丝，也用来开关整个发生器。

　控制台用来控制和监视整个发生器(也可以通过体位程序选择) 。控制台也用来控制所有的联合设备(滤线器，断层，AEC，点片等) 3

　 功能分析 3.1

　 电源的开和关

　 发生器有一个稳定的 11V 电源用于整个设备的开和关。

　*注意: 不论发生器是否关闭，变压器 T2 一直都连接在主电源上。因此在输入线板，背板，整流器板和接口控制板都存在一个危险电压。

　当“ON”按键(在控制台上) 按下时，场效应管 Q1 导通(在 ATP 控制板上)。接口板上的 K1 由于 Q1 的导通而吸合，K1 上的一个常开触点闭合使 K1 自锁维持吸合。K1 上的另一个触点使 K3 吸合(在整流板上) ，K3 是一个给前面板和控制台供电的总开关继电器。控制台和里面的微机开始工作，进行整个系统的检查。电源接触器 K5 现在还末工作，整个房间还没有电。

　 当“OFF”按键按下时，场效应管 Q2 导通(在 ATP 控制板上)。

　Q2 的导通使 K1 释放，总供电开关继电器 K3 也跟着断开。

　3.2

　 延迟的 24V 电压(DELAYED 24V)

　 DELAYED 24VD 是一个出现在开机过渡过程后的安全电压，以避免滤波电容器组(C1-C4)通过充电接触器 K6 过早的接通。当继电器 K8 吸合时，DELAYED 24VD 出现在接点 P5-2 上(接口板) 。K8 的吸合需要同时满足两个条件: ·

　电容器 C14 通过 R33 充电(延迟时间 T=C14*R33) 。

　·

　总电源接触器 K5 巳经接通。

　一但继电器 K8 吸合，DELAYED 24VD 出现，充电接触器 K6 吸合供电给电源模块。

　3.3

　 房间和电源模块开通 按下开机键后，控制台和控制柜检查整个系统。如果一切正常，ATP 控制台就通过接触器 K5 接通整个房间。如果 WATCHDOG 和整个系统都正常，控制台微机板使场效应管 Q3 导通, R12 和 C52 产生一个延迟, 避免在开通的过渡过程中电源接触器过早接通。场效应管 Q3 使接触器 K5 导通, K5 通过保险 F14-F16给整个房间供电。电容器组 C1-C4 通过滤波器 LF1、R1、整流、L2 进行软充电。充放电监视板检查电容器组的充电情况, HT 控制器检验充电值是否正确。如果电容器组充电电压正常, 那么 HT 控制器接通充电接触器 K6, 短路电阻 R1, 允许电流直接流入电源模块。

　3.4

　 串联通信 串联联接是控制台和电源柜之间的同步通信, 控制台具有发生器所有的智能(球管保护和系统操作) 。电源柜接收来自控制台的命令, 所有的校正数据都保存在电源柜(U3) 。

　发送的数据(无论来至那一方)都包含有两种信号: ·

　中断微机和同步数据的时钟信号。

　·

　与时钟同步的数据信号。

　有两个LED检查通信是否正常, 一个在HT控制器上(DS1), 另一个在ATP控制台上(DS2) 。当微机接收到首份数据时 HT 控制器上的 DS1 发光, 直到微机结束传输后才熄灭。当微机发送首份数据时 ATP 控制台上的 DS2 发光, 直到微机收到最后一比特信号为止。串联通信忙时 DS1 和 DS2 都发光。

　3.5

　 ATP 控制台 控制台的核心是微处理器 8088(U30) 。发生器的主程序存贮在 1Mb 的EEPROM 存贮器中(U24) 。另一块 EEPROM(U18) 存贮有: ·

　APR 数据的备份拷贝 ·

　工作站的配置 ·

　X 线曝光次数 同样的数据分别存贮在两个不同的存贮器中是为了安全。

　不挥发存贮器 NVRAM(U23)中存贮有: ·

　 X 线球管的热容量 ·

　 控制台最后的设定数据(曝光参数, AEC, 工作站), 以便当发生器重新开机时自动选择恢复到上次设定。

　·

　 APR 的操作拷贝, 所有 APR 改变都存贮在 NVRAM 中, 下一次开机时再复制到 EEPROM(U18) 。

　WATCHDOG 避免微机不可控制的误操作, 此功能由 U4 执行。U25 控制键盘, U11 控制显示,

　U12 作为曝光定时计数器和通用计时器。

　同步串联通信前面巳经释过了。

　 U29 是中断控制器, 管理微机的所有中断入口: ·

　(IR0) AEC 停止, 完成通过 AEC 的 X 线曝光。

　·

　(IR1) 发送数据中断, 控制串联通信的输出。

　·

　(IR2) 曝光定时器控制。

　·

　(IR3) 透视数据输入到串联通信。

　·

　(IR4) HT 控制器数据输入到串联通信。

　·

　(IR5) 透视的外部同步输入。

　·

　(IR6) 通用定时器和曝光定时器。

　·

　(IR7) UART (U16) RS232/422 串联通信控制。

　 U6 和 U15 是控制整个系统的通用 I/O 口。AEC 控制直接连接到微机的数据总线。微机按照所选择的参数(KV、密度、胶片感光度和校正数据) 给出一个模拟设定, 以此与电离室的输出斜率相比较, 以便判断 X 线曝光的完成。

　3.6

　 HT 控制器

　HT 控制器的核心器件是 89C55(U5), 片内部带有程序存贮器。校正数据存贮在不挥发存贮器 U3 中(EEPROM) 。

　ADC(U4) 用来监视和控制: ·

　 旋阳电流, 检查低速旋阳控制器的状态(如加速、运转、刹车) 。

　 LF-RAC(Line Frequency Rotating Anode Controller) 工频旋阳控制器。

　·

　 灯丝电流，检查灯丝的正确加热值。

　·

　 KVp，检查 X 线曝光的实际值。

　·

　 MA, 检查 X 线曝光的实际 MA 值, 也能自动校正闭环的 MA 量。

　双向同步串联通信巳经讲述过了。

　两个 A/D 转换器用于: ·

　 U22 产生灯丝电流的设定值, U21 把有效值转换与直流量, U23 产生 6.6KHz的 PWM 脉冲(合适并且稳定) 加热灯丝。

　·

　 U17 产生 KV 的设定值, U19 产生 25KHz 的 PWM 脉冲控制电源模块

　通用输出器件采用 OC(集电极开路)电路, 通用输入采用光耦器件。

　3.7

　 预备和曝光时间控制 预备和曝光开关(手闸)通过U25输入到ATP控制台的微处理器U30, 微处理器 U30 通过 U5 和 U7 送出预备信号到电源柜, 再通过光耦 U1 达到 HT 控制器上的微处理器U5 。

　微处理器U5选择好灯丝预热并启动旋阳, 经过一定时间(可程控)后, U5 通过串联通信送出 READY 信号到 ATP 控制台。

　当微处理器 U30 收到曝光命令时, 有两件事必须同时要做: ·

　U30 传送曝光时间到 U21(定时器) 。

　·

　U30 通过门电路 U5 和 U7 送出曝光命令到控制台 曝光命令通过光耦 U2 到达电源柜的微处理器 U5, 模块 U19 送出 25KHz PWM 脉冲到电源模块, 开始 X 线曝光。如果在曝光期间有任何问题, 电源柜里的微处理器 U5 通过输入“KV safety” 能随时中止曝光。一旦曝光结束, 定时器U21 通过中断控制器 U29 向微处理器发出中断信号。U30 通过 U5、U7 和 U2 停止曝光, 模块 U19 停止送出 PWM 脉冲给电源模块, X 线曝光结束。

　3.8

　 闭环控制 发生器有两类不同的环路, 硬件环路和软件环路。

　第一种硬件环路是灯丝电流环路。

　微处理器 U5 通过 U22 按校准数据送出灯丝设定值, 模块 U23 产生 6.6KHz 的 PWM 脉冲, 按照来自 U5 的设定值保持灯丝电流的稳定。有效值转换器 U21 保证灯丝电流有效值的稳定。

　第二种硬件环路是 KV 环路。微处理器 U5 通过 U17 送出按控制台传来的KV 曝光设定值到模块 U19, U19 按照设定值和来自 HVT 的反馈值产生 25KHz 的PWM 脉冲送到电源模块去驱动 HVT。

　第一种软件环路是 MA 环路。

　微处理器 U5 通过 U4 读到 MA 值, 如果闭环操作巳选定(HT 控制器的SW2-4 处于 OFF 位置), 微处理器U5 通过稳定灯丝的设定值来获得适当的 MA 量。由于电子发射时灯丝的冷却效应, 采用 MA 闭环控制保持 MA 量在长时间曝光中的稳定是十分必要的。

　第二种软件环路是 KV 环路。微处理器 U5 通过 U4 读到 KV 值, 如果 KV 闭环控制巳选定(HT 控制器 SW2-3 处于 OFF 位置), 微处理器 U5 稳定 KV 的设定值并保持不变。因为 KV 波形比较平坦, 在一般情况下建议使 KV 开环(SW2-3 处于ON 的位置) 。只有发生器接单相电源, 并且不稳定时, 才采用闭环保持最好的效果。

　3.9

　 LF-RAC 低速旋阳控制器 每一管位都能选择高(330V) 或低(220V) 的启动电压。每一管位也能选择不同的移相电容(15 或 30 微法) 。每一管位还能选择不同的风扇电压(220V或 115V) 。

　K1 是一个安在底板上的固态继电器, 目的是为了使继电器 relay K1(装在电路板上) 在加速电压和运行电压之间切换时, 不至于有电流流过(见图13) 。

　在时间 1, relay K1 选择了加速电压(220V 或 330V) 。

　在时间 2(50ms 后), 固态继电器 K1 接通, 旋转线圈中流过电流。电流互感器 T1 和 T2 对此电流敏感, 在 RTRI 测试点上有 3.2V 的电压, 对应着近似的加速电流。

　在时间 3, 固态继电器关断, 允许继电器 relay K1 切换。

　在时间 4(50ms 后), 切换至运行电压(60V-90V) 。

　在时间5, 固态继电器K1重新接通, 现在测试点RTRI上电压有1.6V, 对

　应着近似的运行电流。

　在时间 6, 固态继电器 K1 重新关断, 结束运转状态。

　在时间 7(50ms 后), 继电器 relay K1 切换至刹车或加速电压, K3 切换至刹车位置。

　在时间 8(50ms 后) 和时间 9, 旋阳两个线圈上加上了从 CR6 上得到的直流电压开始刹车。

　在时间 10(50ms 后), 加速继电器重新切换到低压位置, 结束整个过程。

　有几个 LED 灯指示着相应的继电器状态, 如下所述: ·

　DS1 指示旋阳上有高压(加速或刹车状态) 。

　·

　DS2 指示选择了二管位。

　·

　DS3 指示刹车状态。

　·

　DS4 指示有电流流过两个线圈, 亮度高表示加速状态，亮度低表示在运行状态。

　3.10

　电源模块 交流输入电压在输入整流板上整流, 板上有保护二极管的 RC 网络, 还有接在电源线上旁路高频噪声(EMI)的电容器。滤波电容器 C1-C4 通过电感 L2充电, 避免了电源线上的高 di/dt 电流, 抑制了高频噪声。

　危险！由于电磁干扰(EMI)问题, 电源模块的金属部分没有接地, 它们都连接在输入整流器的负端上。为了避免电击, 在维修电源模块之前, 必须保证断开输入电源, 电容器组充分放电。

　两块充放电监视板有如下目的: ·

　平衡串联电容器上的电压, 避免过压。

　·

　当发生器关闭时, 使电容器组 C1-C4 快速放电。

　·

　 用 LED 灯给维修工程师指示电容器组上存在着非常危险的高电压。

　·

　通知 HT 控制器给电容器组适当地充电。

　每个 IGBT 模块包含了一个半桥逆变器, IPM 驱动器转换低压 PWM 脉冲(25KHz, 来自 HT 控制器)到 IGBT 模块所需的电压。每个 IGBT 模块也都有过流、过热检测器，以保护电源级不会因为高压变压器的过载而损坏。这种保护送出IGBT 故障信号给 HT 控制器, 后者在控制台上显示“发生器过载” 。

　L1 是一个空心电感, 它匹配 HTV 的输入阻抗, 以获得 IGBT 逆变时的最大功率。C9 是一串联电容, 隔断 HVT 初级侧的直流分量,避免了因直流分量引起HVT 磁芯饱和。电源逆变的输出电缆是有屏蔽的(屏蔽接输入端的负极), 以避免噪声干扰。两根电缆都穿过一根隔离了的金属管道, 它也连接在负输入端上。

　3.11

　管位切换和灯丝切换 位于前面板上的接口控制板执行灯丝和球管管位的切换工作。二管位的切换命令来自 ATP 控制台, 通过串行通信送至 HT 控制器, 然后送到旋阳控制器, 最后送到接口控制接通继电器 K5。继电器 K5 送出命令给 HVT(高压油箱)中的交换闸, 令其切换高压开关的位置。HVT 给 ATP 控制台送回高压开关的实际位置信号(信号 HV-INTLK 经过接头 J3-13) 。

　灯丝选择信号来自 HT 控制器, 送到接口控制板(P4-19), 接通继电器K7。C17、BR2、K11 以及附属电路检测灯丝选择情况, 通过(P4-22)送回至 HT 控制器(P1-8), 以便检查操作是否正确。由于高压开关物理构造的原故, 依赖管位的选择灯丝 1 有两种不同的意义: ·

　当选择到管位 1 时, 灯丝 1 指的是小焦点。

　·

　当选择到管位 2 时, 灯丝 1 指的是大焦点。

　L1、L2、L3 是预热两个灯丝的电感(仅用于透视和摄影发生器) 。